亚太经合组织 主动和被动电子元件 1563 - 5031 0882 - 7516 Hindawi出版公司 403516年 10.1155 / 2013/403516 403516年 研究文章 设计与分析宽带梯形ku波段薄膜体声波谐振器滤波器 也不 n Izza M。 1、2 沙阿 K。 1 辛格 J。 1 Sauli Z。 2 Ragonese Egidio 1 技术中心注入 拉筹伯大学 Bundoora,维克3086 澳大利亚 latrobe。 2 微电子工程学院 马来西亚大学玻璃市 02600玻璃市 马来西亚 unimap.edu.my 2013年 23 6 2013年 2013年 10 09年 2012年 03 06 2013年 2013年 版权©2013 n . Izza m . et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

介绍了梯形滤波器的设计基于薄膜体声波谐振器(FBAR) ku波段。拟议的FBAR滤波器的插入损耗−3 dB,带外抑制−12 dB和3 dB带宽1.0 GHz的15 GHz 16 GHz。基于FBAR滤波器的特点,期望FBAR谐振器的特点是由使用一维数值分析。这个设计证明,可以设计一个ku波段的宽带FBAR滤波器。

 1。介绍

收发机系统工作在12 - 18 GHz ku波段频率范围主要是用于卫星通信和雷达。成本、面积和功耗的关键人物是值得这样的收发机系统。然而,文献表明,大多数这些收发器的设计是使用低温微量陶瓷高瓦斯)技术和规模相对较大和重型由于使用离散的组件(如过滤和分别位于模块。多层确立和systems-on-package (SOP)有能力克服这些问题通过整合实现主动和被动组件在一个董事会。各种ku波段过滤器已报告在文献中使用不同的设计和制造方法等缺陷接地结构(DGS),指状组合型结构、耦合线过滤器,和两条线过滤器使用确立技术集成( 1- - - - - - 3]。然而,提高过滤性能和更好的整合方法与微波单片集成电路(MMIC)和无线电频率(RF)微机电系统(MEMS)技术用于WiFi和WiMAX应用( 4)可以用来提高集成和降低功耗。

薄膜体声波谐振器(FBAR)过滤和FBAR天线共用器使用RF MEMS技术已经发展为无线网络设计和WiMAX应用程序( 4]。这样的MEMS组件显示更好的性能和更高的集成级别也可以实现ku波段收发器使用MEMS-based FBAR滤波器。鼻中隔黏膜下切除术后薄膜式谐振器和牢固安装谐振器()两种类型的基于声学FBARs隔绝衬底( 5]。声隔离通过气隙是首选方法实现高质量( 问 )因素使用简单的制备方法( 6]。文献表明,AlN是首选材料由于其温和的机械耦合系数,较高的声速,更高 问 值( 7)在操作频率高于10 GHz。声表面波(看到)谐振器的谐振频率取决于集成设备技术(IDT)电极的音高模式( 8)仅限于不到15 GHz ( 9]。然而,FBARs操作5 GHz的频率范围20 GHz报告,文献[ 8, 10]。由于高 问 FBARs系数、低插入损耗过滤器可以在ku波段设计将提高系统性能和允许更高的集成从而导致成本和低功率消耗(丢失 11]。

有几种拓扑FBAR滤波器包括梯形,受到,或两者的结合 12]。有很高的FBAR过滤器 问 和小尺寸。此外,FBAR可以制造在平坦的硅衬底表面微加工,适合大规模生产,这允许过滤器组件变得紧凑,便宜( 13]。此外,FBAR MMIC和MEMS技术兼容。FBAR滤波器已经被报道在x波段频率范围,k波段,ka波段( 13- - - - - - 15]。

的 问 因素和机电耦合系数( k eff 2 压电薄膜的两种数据的FBAR的优点。低的价值 k eff 2 导致较高的插入损耗和更高的价值 问 导致较低的插入损耗( 16]。重要的是要注意改善 k eff 2 结果在减少 问 因素,因此优化参数被定义为一个品质因数(FOM),这是一个产品的 k eff 2 × 问 ( 16]。在过滤应用程序中,这已被证明FOM参数滤波器插入损耗(成反比 16]。

文献表明,传统FBARs高 问 因素在FBAR滤波器电路设计和使用来评估他们的表现。过滤器是制造和性能测量。然而,在这项研究集合的封闭表达式( 17)用于分析基于FBAR滤波器性能等设计变量串联和并联谐振频率, 问 因素,耦合系数随着滤波器设计变量如滤波器秩序,插入损耗和带外抑制。典型的ku波段收发器规范表明预计ku波段FBAR滤波器插入损耗小于3 dB,带外抑制小于12 dB, 3 dB带宽1.2 GHz的 3]。然后,基于FBAR滤波器特性建模使用巴特沃斯·范·戴克(BVD)电路 18),预期的FBAR特征确定。

本文组织如下:部分 2介绍了引入ku波段收发机前端。部分 3描述了FBAR滤波器设计理论。部分 4ku波段FBAR滤波器。部分 5礼物结果和部分 6提出了结论。

 2。ku波段收发机前端

典型的ku波段收发器组成的低噪声放大器(LNA),功率放大器(PA),压控振荡器(VCO),本地振荡器(LO), upconveter,呈现在图下变频器,过滤器 1在[ 3]。收发器,使用两种类型的ku波段滤波器中心频率为15.5 GHz和14.7 GHz。过滤操作在15.5 GHz的中心频率是用于选择频带,而滤波器中心频率的操作14.7 GHz用于过滤LO信号。收发器的规格列于表 1。许多不同的ku波段收发器存在( 3, 19- - - - - - 21),但这项研究这个选择典型的收发器,获得性能参数为一个典型的ku波段滤波器中心频率为15.5 GHz工作。在这项研究中,梯形FBAR滤波器设计是基于典型的ku波段过滤器规格和FBAR滤波器的特点和斯卓普林interdigital滤波器进行了比较。下一节将讨论基于封闭方程FBAR滤波器的设计过程。

ku波段收发机前端规范( 3]。

输入频率(GHz) 输出频率(GHz) 输入功率(dBm) 输出功率(dBm) 获得(dB) NF (dB) 拒绝离子(dBc)
接收机 15.5 ± 0.5 0.8 ± 0.5 ≤10− - - - - - - ≥25 ≤5.5 - - - - - -
发射机 0.8 ± 0.5 15.5 ± 0.5 0 ≥27 ≥27 - - - - - - ≥35
如果 LO频率:14.7 GHz
输出功率:19 dBm

ku波段收发器的前端 3]。

3所示。FBAR滤波器设计

梯形FBAR滤波器由一个数量的L-sections组成两个谐振器,一个串联连接,另一个在并联连接,如图 2。过滤器的顺序等于FBARs用于阶梯连接的数量。系列的谐振器有两个共振频率的共振频率, f 年代 并联谐振频率, f p 。在 f 年代 电阻抗最低, Z 最小值 ,在 f p 电阻抗是最大, Z 马克斯 。在频率远离 f 年代 或 f p 静态电容的阻抗的特性, C o ( 11]。

n 梯式滤波器的顺序。

图 3介绍了二阶梯形FBAR滤波器的工作原理。实线代表的典型传输响应梯子过滤器,而虚线,虚线描述系列的电阻抗( Z 年代 )和并行( Z p )谐振器,分别。 f 年代 年代 系列系列谐振器和频率 f p 年代 是平行系列谐振器的频率。与此同时, f 年代 p 系列并联谐振器的频率和吗 f p p 是平行的并联谐振器的频率。的 f 年代 p 调优是低于 f 年代 年代 。梯形滤波器给出了陡峭的转出,但一个贫穷的带外(OoB)抑制特性。更好的OoB可以通过级联多L-section过滤器;然而这将被交易的插入损耗。

一个梯形FBAR滤波器的工作原理和设计参数。

 3.1。滤波器设计方法

图 3描述了FBAR滤波器的设计参数。一组封闭表达式FBAR滤波器设计的建议( 17]。梯形FBAR滤波器的设计包括确定过滤器的顺序。规格如带宽、OoB拒绝,和频率分配上 f U 和更低的 f l 传输零点将作为设计变量。设计过程如下。

步骤1(确定< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M38 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >和< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M39 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >)。

的价值 f 年代 p 将位于较低的传输零点, f l , f p 年代 将位于上层传输零, f U ,如图 3。

 步骤2(确定< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M44 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >和< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M45 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >)。

的价值 f p p 和 f 年代 年代 可以使用[计算 14] (1) k eff 2 = ( π 2 4 ) ( f p - - - - - - f 年代 f p ) 。

这个值可以根据需要设置,但两个条件必须完成:的价值 k eff 2 必须低于最大可实现的价值与使用材料,和设计仅限于那些上下传输零点的过滤器实现( 17] (2) f U ≥ ( π 2 4 k eff 2 ) ( π - - - - - - π 2 - - - - - - 16 k eff 2 π + π 2 - - - - - - 16 k eff 2 ) f l 。

步骤3(确定< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M51 " > < mml: mrow > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mn > 1 < / mml: mn > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >和< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M52 " > < mml: mrow > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mn > 2 < / mml: mn > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >)。

带宽的近似( B W c )是 B W c = f 2 - - - - - - f 1 ,在那里 f 1 和 f 2 的频率, | Z 年代 ( f 我 ) | = | Z p ( f 我 ) | 和 我 = 1 , 2 是由。的 B W c 将小于3 dB带宽( B W - - - - - - 3 dB ),它是独立的过滤器,从而大大简化设计公式。

 步骤4(确定< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = "路" > < mml: mi >ψ< / mml: mi > < mml:莫> = < / mml:莫> < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > o < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < mml:莫> / < / mml:莫> < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > o < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml:数学> < / inline-formula >)。

的 B W c 取决于的价值 f 年代 p , f p p , f 年代 年代 , f p 年代 , ψ 。因为所有的共振频率决定, ψ 将计算实现指定的 B W c 。一个简化的电阻抗的方法[FBAR是给定的 22]: (3) Z 在 = 1 j 2 π f C o ( f 2 - - - - - - f 年代 2 f 2 - - - - - - f p 2 ) 结果按照[ 17]: (4) ψ = - - - - - - f 我 4 + f 我 2 f p p 2 + f 我 2 f 年代 年代 2 - - - - - - f 年代 年代 2 f p p 2 f 我 4 - - - - - - f 我 2 f p 年代 2 - - - - - - f 我 2 f 年代 p 2 + f p 年代 2 f 年代 p 2 , 在哪里 f 我 可以是 f 1 或 f 2 。为了获得一个封闭表达式 ψ 的函数 B W c 一个近似的 f 1 和 f 2 对称是间隔的中心频率, f c ,, f 1 = f c - - - - - - B W c / 2 和 f 2 = f c + B W c / 2 。它可以看到从( 4), ψ 增加而 B W c 。

 第五步(确定< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M84 " > < mml: mi mathvariant =“正常”>Θ< / mml: mi > < mml:莫> = < / mml:莫> < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > o < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < mml:莫> < / mml:莫> < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > o < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml:数学> < / inline-formula >)。

找到条件之一的静态电容滤波器必须实现阻抗匹配条件。这个条件是定义为 17] (5) C o 年代 C o p = 1 ( 2 π f c Z o ) 2 ,

在哪里 Z o = 50 Ω 源和负载的阻抗。

 步骤6(计算< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M87 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > o < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >和< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M88 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > o < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >并确定< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M89 " > < mml: mrow > < mml: mi > N < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >)。

C o 年代 和 C o p 现在可以轻松计算使用( 4)和( 5)。自从OoB拒绝只取决于水平 N 和 ψ ,订单 N 过滤器的选择来实现所需的OoB拒绝。

在设计宽带梯子FBAR滤波器在高频段,很多需要考虑在下一节中讨论。

4所示。ku波段FBAR滤波器设计

在这项研究中,梯形FBAR滤波器的设计实现 B W - - - - - - 3 dB 1.2 GHz的中心频率为15.5 GHz, 3 dB的插入损耗,带外抑制12 dB。为了实现所需规格的FBAR滤波器,分析参数影响过滤器的特点进行了。不同的影响 f 1 和 f 2 其次是不同的效果 f 年代 年代 , f 年代 p , f p 年代 , f p p 介绍了部分 4.1和 4.2。最后,筛选器顺序的影响 N OoB排斥和滤波器特性进行了部分 4.3。

4.1。影响< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M103 " > < mml: mrow > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mn > 1 < / mml: mn > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >和< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M104 " > < mml: mrow > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mn > 2 < / mml: mn > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >

的影响 f 1 和 f 2 如图 4,在那里 B W c 等于 f 2 - - - - - - f 1 。八个不同的过滤器是用来调查效果。每个FBAR的带宽设置为500 MHz和之间的区别 f 年代 年代 和 f p p 设置为600 MHz。二阶滤波器特性用于比较。从图 4,它是观察到的 B W c 增加, B W - - - - - - 3 dB 也增加了。它也观察到,插入损耗( 我 l )没有明显的变化。与此同时,OoB拒绝后显著降低 B W c 达到1.0 GHz,然后保持不变。从这个观察,我们可以得出结论,更广泛 B W - - - - - - 3 dB , f 2 - - - - - - f 1 ( B W c ) 应该增加到所需的值。

变化的影响 f 1 和 f 2 。

 4.2。影响不同的< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M119 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >, < inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = "八" > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >, < inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M121 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > s < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >,和< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M122 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > f < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > p < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >

五个不同的过滤器是用来调查的影响不同 f 年代 年代 而其他参数不变,结果,虚线图 5。首先,的价值 f p p 15.2 GHz而保持不变吗 f 年代 年代 从15.5 GHz 15.9 GHz的100 MHz的步骤。结果在图 5表明,随着 f 年代 年代 - - - - - - f p p 减少,二阶 B W - - - - - - 3 dB 也会减少。然而,它是观察到的 我 l 和OoB是成反比的 f 年代 年代 - - - - - - f p p 。

不同的影响 f 年代 年代 , f 年代 p , f p 年代 , f p p 。

其次,的价值 f 年代 年代 是15.2 GHz保持不变,而 f p p 从15.5 GHz 15.9 GHz的100 MHz的步骤。结果,虚线图进行描述 5。可以看出,随着 f 年代 年代 - - - - - - f p p 减少, B W - - - - - - 3 dB 减少。它也观察到 我 l 提高,而OoB降解的 B W - - - - - - 3 dB 减少。

不同的影响 f 年代 年代 和 f p p 而其他参数恒定的连续线,如图所示 5。它显示的 f 年代 年代 - - - - - - f p p 减少 B W - - - - - - 3 dB 也会减少。 我 l 明显改善, B W - - - - - - 3 dB 减少。另一方面,OoB降解 BW - - - - - - 3 dB 减少。

基于本节中描述的分析,不同的值 f 年代 年代 , f 年代 p , f p 年代 , f p p 将直接影响滤波器的特点。从图 5,它是观察到的 BW - - - - - - 3 dB 之间的差异和OoB逐渐减少 f 年代 年代 和 f p p 减少。另一方面, 我 l 改善, f 年代 年代 和 f p p 减少。

图 6介绍了传输响应的比较( 年代 21 过滤器的设计分析。可以看出一些过滤器“mid-band倾斜”中心由于增加之间的差距 f 年代 年代 和 f p p FBARs。因此,这个分析的目的之一是减少“mid-band倾斜。“过滤器都有相同的值 f 年代 年代 , f 年代 p , f p 年代 , f p p 但不同的值 f 1 和 f 2 。如前所述, BW c = f 2 - - - - - - f 1 。过滤器2 BW c 过滤器1时的1.55 GHz BW c 1.14 GHz。可以看出,滤波器2“mid-band倾斜”小于3 dB和实现 BW - - - - - - 3 dB 这些过滤器是1.0 GHz。的变化 f 1 和 f 2 值有显著的影响 ψ 。OoB的关系, ψ , N 图中所示 7。从图 7它可以观察到,增加 ψ 将降低OoB。由于这种分析,FBAR滤波器设计参数列在表中 2已被选定。

FBAR滤波器设计参数。

参数 f 1 (GHz) f 2 (GHz) f 年代 年代 (GHz) f p 年代 (GHz) f 年代 p (GHz) f p p (GHz) BW c (GHz) ψ
过滤 14.725 16.275 15.90 16.30 14.70 15.10 1.55 5.2
过滤器B 14.75 16.25 15.90 16.30 14.70 15.10 1.50 11.2

传输响应的比较( 年代 21 )的二阶FBAR滤波器,滤波器1和过滤2。

带外抑制(OoB)的函数 Ψ 和 N 。

接下来,我们将讨论优化这些过滤器的过滤订单。

 4.3。影响< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M187 " > < mml: mrow > < mml: mi > N < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >

的OoB FBAR滤波器只取决于 ψ 和 N 。作为 ψ 已经决定以前, N 选择实现指定的吗 BW - - - - - - 3 dB 。的影响 N 过滤器的过滤特性提出了A和B在图 8。注意到 BW - - - - - - 3 dB 和 我 l 逐渐减少, N 增加。同时OoB稳步提高 N 增加。从这项研究中,明显看到,即使增加过滤器将提高OoB,它会降低 我 l 和 BW - - - - - - 3 dB 的过滤器。需要更多的谐振器滤波器顺序越高将导致增加的规模和成本。因此,最优值的过滤器选择8日和5日过滤器和过滤B,分别。

ku波段FBAR滤波器的特性。

 5。结果

从上述分析,可以设计FBAR滤波器带宽1.0 GHz 15.5 GHz。用于设计并给出了滤波器的参数表 2。每个过滤器的特点总结和比较图 8。这是观察到过滤器更广泛的优势 BW - - - - - - 3 dB 和更好的 我 l 滤波器相比,b .然而,滤波器的缺点是OoB拒绝略高于过滤器过滤已经实现了 BW - - - - - - 3 dB 1.35 GHz和广泛的插入损耗的价值,但OoB拒绝太高了。从所有的分析,可以看出,与更广泛的FBAR滤波器 BW - - - - - - 3 dB 会降低滤波器的OoB拒绝,即使 我 l 得到了改进。

表 3显示了FBAR滤波器的比较操作x波段ka波段。所有这些过滤器设计四梯式滤波器等于八阶滤波器。7日和8日FBAR滤波器和5日和6日订单FBAR滤波器B是选为这项工作最好的过滤特性。表明FBAR滤波器在这个工作有更好的性能比报道( 14),插入损耗过高,部分带宽仅为2%。到目前为止,这是第一个FBAR滤波器在ku波段频率范围经营的报道。

比较FBAR滤波器特性。

参考 中心频率(GHz) 插入损耗(dB) 带外(GHz) 部分带宽(%)
( 13] 29.2 3.8 11 3.4
23.8 3.8 13 3.4
( 14] 19.8 4.1 18 2.0
( 15] 9.08 1.7 21 3.1
过滤* 15.5 3.2 12 6.45
过滤器B * 15.5 3.5 13 6.45

*表示FBAR滤波器特性在这工作。

基于设计FBAR滤波器的特点,两套FBARs使用BVD等效电路设计。推导出方程的等效电路FBAR的元素是在( 23]。表列出了FBAR参数提取 4。

提取FBAR参数。

参数 过滤 过滤器B
FBAR类型 FBAR 1(系列) FBAR 2(并联) FBAR 1(系列) FBAR 2(并联)
C o (pF) 0.6872 0.0614 0.4681 0.0901
C 米 (pF) 0.0350 0.0379 0.0239 0.0258
l 米 (nH) 2.8613 34.616 4.2 23.582
k eff 2 (%) 6.06 6.54 6.06 6.54
f 年代 (GHz) 15.904 14.707 15.904 14.707
f p (GHz) 16.313 15.12 16.313 15.12

为了进一步分析和优化FBAR设计评估使用数值分析,采用三维有限元方法(FEM)。表 5和 6显示提取的FBAR的比较参数之间的一维及三维有限元分析滤波器和滤波器b可以看出参数值是高度相似。

比较1 d和3 d有限元的过滤。

参数 系列FBAR 分流FBAR
1 d 三维有限元 1 d 三维有限元
C o (pF) 0.6872 0.6837 0.0614 0.0651
C 米 (pF) 0.0351 0.0373 0.0379 0.0357
l 米 (nH) 2.86 2.69 34.616 32.897
k eff 2 (%) 6.06 6.36 6.54 6.51
f 年代 (GHz) 15.90 15.87 14.70 14.67
f p (GHz) 16.30 16.30 15.10 15.12

比较1 d和3 d有限元过滤器B。

参数 系列FBAR 分流FBAR
1 d 三维有限元 1 d 三维有限元
C o (pF) 0.468 0.471 0.0901 0.107
C 米 (pF) 0.024 0.025 0.058 0.058
l 米 (nH) 4.20 3.97 23.58 19.96
k eff 2 (%) 6.06 6.36 6.54 6.51
f 年代 (GHz) 15.90 15.87 14.70 14.67
f p (GHz) 16.30 16.29 15.10 15.12

图 9显示了传输响应( 年代 21 )第三阶段FBAR滤波器设计使用一维模型和三维有限元法。结果从分析匹配滤波器通内。这两个过滤器的衰减极点也同意。抑制上的分歧是由于压电材料中引入三维有限元的损失。它可以得出的结论是,使用的一维模型可以应用于预测FBAR滤波器的特点。

比较FBAR滤波器传输响应( 年代 21 )之间的1 d和3 d有限元法。

 6。结论

FBAR滤波器插入损耗为3.5分贝,带外抑制的12 dB,中心频率为15.5 GHz,和部分带宽6.45%设计使用封闭表达式。最好的作者的知识分析首次表明,封闭表达式和一维模型可以用来描述宽带FBAR滤波器。通过分析,我们得出这样的结论:增加FBAR滤波器的顺序将改善带外抑制;然而,插入损耗和3 dB带宽将会降低。结果表明,提出的FBAR滤波器是一个很好的候选人ku波段收发器实现。

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